DIY-Magnetflüssigkeit zu Hause. DIY ferromagnetische Flüssigkeit mit einer Laserdruckerpatrone. Magnetische Flüssigkeit mechanisch herstellen

Für einen Menschen fernab wissenschaftlicher Entdeckungen, der sich in der Schule von Physik oder Chemie verabschiedet hat, erscheinen viele Dinge ungewöhnlich. Wenn wir beispielsweise Elektrogeräte im Alltag nutzen, denken wir nicht darüber nach, wie sie genau funktionieren, und halten die Vorteile der Zivilisation für selbstverständlich. Aber wenn es um etwas geht, das über die alltägliche Wahrnehmung hinausgeht, staunen auch Erwachsene wie Kinder und beginnen an Wunder zu glauben.

Wie außer Magie kann man das Phänomen der Entstehung dreidimensionaler Figuren, Blumen und Pyramiden, magischer Gemälde, die sich gegenseitig aus einer scheinbar gewöhnlichen Flüssigkeit ersetzen, erklären? Aber es ist keine Zauberei, die Wissenschaft liefert eine Begründung für das, was passiert.

Was ist Ferrofluid?

Wir sprechen von einem Ferrofluid – einem kolloidalen System bestehend aus Wasser oder einem anderen organischen Lösungsmittel, das winzige Magnetitpartikel enthält, und jedem Material, das Eisen enthält. Ihre Größe ist so klein, dass man es sich kaum vorstellen kann: Sie sind zehnmal dünner als ein menschliches Haar! Solche mikroskopischen Größenindikatoren ermöglichen eine gleichmäßige Verteilung im Lösungsmittel durch thermische Bewegung.

Solange kein äußerer Einfluss vorliegt, ist die Flüssigkeit zunächst ruhig und ähnelt einem Spiegel. Doch sobald man ein gerichtetes Magnetfeld auf diesen „Spiegel“ bringt, erwacht er zum Leben und zeigt dem Betrachter erstaunliche dreidimensionale Bilder: Zauberhafte Blumen blühen, auf der Oberfläche wachsen bewegliche Figuren, die sich unter dem Einfluss des Feldes verändern.

Je nach Stärke und Richtung des Magnetfeldes verändern sich die Bilder vor unseren Augen – von leichten, kaum wahrnehmbaren Wellen, die auf der Oberfläche der Flüssigkeit erscheinen, bis hin zu Nadeln und Spitzen, die ihre Schärfe und Neigung ändern und zu Blumen und Bäumen heranwachsen.

Die Fähigkeit, im Gegenlicht farbige Gemälde zu schaffen, die den Betrachter in ihren Bann ziehen, eröffnet ihm eine unbekannte Welt.

Leider sind Metallpartikel, obwohl sie als ferromagnetisch bezeichnet werden, nicht im vollen Sinne ferromagnetisch, da sie ihre resultierende Form nach dem Verschwinden des Magnetfelds nicht beibehalten können. Weil sie keine eigene Magnetisierung haben. In dieser Hinsicht hat die Nutzung dieser Entdeckung, die übrigens nicht ganz neu ist – sie wurde Mitte des letzten Jahrhunderts vom Amerikaner Rosenzweig gemacht – keine breite Anwendung gefunden.

Wie wird ferromagnetische Flüssigkeit hergestellt und wo wird sie verwendet?

Ferrofluide werden in der Elektronik- und Automobilindustrie verwendet, und ich möchte davon ausgehen, dass ihre weit verbreitete Verwendung nicht mehr weit entfernt ist und mit der Entwicklung der Nanotechnologie eine recht breite Anwendung finden wird. Mittlerweile ist dies vor allem ein Spaß für das bewundernde Publikum, das durch die verschiedensten Spektakel verwöhnt wird.

Dreidimensionale Gemälde lassen einen mit angehaltenem Atem betrachten, daran zweifeln, ob es sich um eine Montage handelt, und zumindest im Internet nach einer Erklärung für das Geschehen suchen. Wer weiß, vielleicht findet ein kleiner Junge, der heute mit offenem Mund metallische „lebendige“ Farben und Figuren betrachtet, morgen eine grundlegend neue Anwendung für dieses Phänomen und löst eine Revolution in Wissenschaft und Technik aus. Aber das ist morgen, aber vorerst: Schauen Sie zu und genießen Sie es!

Tatjana Albertowna,
Sie haben natürlich Recht – die ionische Bindung der Carboxylgruppe ist stärker als die Donor-Akzeptor-Bindung des Amins. Im letzteren Fall wird jedoch die elektronische Struktur der Oberflächenschicht des Partikels weniger gestört, was besonders für Nanoobjekte wichtig ist (mit abnehmender Größe nimmt der Anteil der Atome auf der Oberfläche zu). Ethanolamine sollten Magnetit nicht stabilisieren, weil 1) ein kleines Molekül, der sterische Faktor reicht nicht aus. 2) hydrophil, stört den Kontakt des Partikels mit Wasser (und gelöstem Sauerstoff) nicht. Dennoch kann Oleylamin (oder eine Mischung mit Olein) ein interessanter Stabilisator sein. Die Frage ist nicht thematisch: Haben Sie versucht, Magnetit (erste Stufe, Kopräzipitation) in einem Magnetfeld herzustellen? Es sollte etwas bestellt sein (Stöcke zum Beispiel) :))
Wladimir Wladimirowitsch,
Laut Literatur kann Fe(III) ungesättigte Fettsäuren oxidieren. Mit anderen Worten: Mit Hilfe von Ölsäure kann Hämatit in Magnetit umgewandelt werden. Hier ist ein lustiger Beitrag (nur für Angelina Valerievna:)

Alexander Borisovich, ich stimme Ihnen in Bezug auf Ethanolamine absolut zu.
Ich habe vor 20 Jahren versucht, damit Magnetit zu stabilisieren, als gerade Ansätze zur Synthese magnetischer Flüssigkeiten erforscht wurden. Versuche, stabile kolloidale Systeme zu schaffen, gingen mit einer ständigen Suche nach Neuem einher. Ohne Fehler, auch wenn sie aus theoretischer Sicht offensichtlich sind, wird es niemals Ergebnisse oder Verständnis geben.

...die ionische Bindung der Carboxylgruppe ist stärker als die Donor-Akzeptor-Bindung des Amins. Aber im letzteren Fall wird die elektronische Struktur der Oberflächenschicht des Partikels weniger gestört, was besonders wichtig für Nanoobjekte ist...
Für uns ist vor allem die Energie der Adsorptionswechselwirkung wichtig. Nach meinem Verständnis sind die Veränderungen in der elektronischen Struktur der Oberflächenschicht infolge der Chemisorption umso größer, je größer die Energie ist und umgekehrt. Alles ist logisch. Frage: Sind solche Veränderungen negativ für Magnetitpartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 nm? Oder umgekehrt. Gerade in diesem Fall verstärken Veränderungen in der elektronischen Struktur der Oberflächenschicht als Folge der Chemisorption die Adsorptionswechselwirkungen noch stärker und tragen daher nur zur Lösung einer der Hauptaufgaben bei der Synthese von MFs bei – der Stabilisierung dispergierter Phasenpartikel.

Dennoch könnte Oleylamin (oder eine Mischung mit Olein) ein interessantes Objekt sein.
Wenn sich die Möglichkeit bietet, werden wir es auf jeden Fall versuchen.

Mit anderen Worten: Mit Hilfe von Ölsäure kann Hämatit in Magnetit umgewandelt werden.
Es stellt sich als interessant heraus. Für tensidstabilisierten Magnetit ergibt sich ein Verhältnis von 2- und 3-wertigem Eisen von 1:8. Das ist kein Magnetit mehr!?
Und wenn wir Ölsäure an Hämatitpartikeln adsorbieren, erhalten wir dann echten Magnetit?

Es ist 52 Jahre her, dass der NASA-Mitarbeiter Steve Papell das Ferrofluid erfunden hat. Er löste ein ganz bestimmtes Problem: Wie man unter Bedingungen der Schwerelosigkeit die Flüssigkeit im Treibstofftank der Rakete dazu zwingen kann, sich dem Loch zu nähern, aus dem die Pumpe Treibstoff in die Brennkammer pumpte. Damals entwickelte Papell eine nicht triviale Lösung: Er fügte dem Kraftstoff eine Art magnetische Substanz hinzu, um die Bewegung des Kraftstoffs im Tank mithilfe eines externen Magneten zu steuern. So entstand die ferromagnetische Flüssigkeit.

Als magnetische Substanz verwendete Papell Magnetit (Fe 3 O 4), das er viele Tage lang mit einer speziellen Technologie (gemahlen in einer Mischung mit Ölsäure) zerkleinerte. Das Ergebnis war eine stabile kolloidale Suspension, in der winzige Magnetitpartikel mit einer Größe von 0,1 bis 0,2 Mikrometern stabil vorhanden waren. Ölsäure spielte in diesem System die Rolle eines Oberflächenmodifikators, der das Zusammenkleben von Magnetitpartikeln verhinderte. Das Patent US 3215572 A von S. Papella (Magnetflüssigkeit mit niedriger Viskosität, erhalten durch die kolloidale Suspension magnetischer Partikel) ist offen und kann im Internet eingesehen werden. Die klassische Zusammensetzung einer ferromagnetischen Flüssigkeit besteht aus 5 Vol.-% magnetischen Partikeln und 10 Vol.-% Oberflächenmodifikator (Öl-, Zitronen- oder Polyacrylsäure usw.). Der Rest sind organische Lösungsmittel, darunter flüssige Öle.

Das Interesse an magnetischen Flüssigkeiten hat in den letzten Jahren wieder zugenommen und sie haben bereits heute zahlreiche Anwendungen gefunden. Wenn Sie eine solche Flüssigkeit auf einen Neodym-Magneten auftragen, gleitet der Magnet mit minimalem Widerstand über die Oberfläche, d. h. die Reibung nimmt stark ab. Radioabsorbierende Beschichtungen für Flugzeuge werden in den USA auf Basis ferromagnetischer Flüssigkeiten hergestellt. Und die Macher des berühmten Ferrari verwenden magnetorheologische Flüssigkeit in der Federung des Autos: Durch Manipulation des Magneten kann der Fahrer die Federung jederzeit härter oder weicher machen. Und das sind nur einige Beispiele.

Magnetische Flüssigkeit ist ein erstaunliches Material. Sobald man es in ein Magnetfeld bringt, vereinigen sich die verstreuten magnetischen Partikel und richten sich entlang der Feldlinien aus, wodurch eine völlig feste Substanz entsteht. Heutzutage werden in vielen Unterhaltungssendungen Tricks mit magnetischer Flüssigkeit gezeigt, die sich bei Kontakt mit einem Magneten in symmetrisch einwandfreie Igel oder Kakteen verwandelt. Natürlich kann man ferromagnetische Flüssigkeit kaufen, aber es ist viel interessanter, sie selbst herzustellen.

Wir haben darüber geschrieben, wie man eine selbsthärtende magnetische Flüssigkeit erhält, mit der man die von magnetischen Partikeln gebildeten Strukturen unter einem Mikroskop untersuchen kann („Chemie und Leben“, 2015, Nr. 11). Und hier ist ein weiteres Rezept für ein hausgemachtes Rezept ferromagnetische Flüssigkeit. Nehmen Sie 50 ml Laserdruckertoner. Dieses Pulver besteht zu mindestens 40 % aus Magnetit, dessen Partikelgröße 10 Nanometer oder weniger beträgt. Damit die Nanopartikel nicht zusammenkleben, enthält der Toner zwingend einen Oberflächenmodifikator. 30 ml Pflanzenöl (zwei Esslöffel) zu 50 ml Toner hinzufügen und gründlich vermischen, dabei keine Zeit sparen. Das Ergebnis ist eine schwarze, homogene Flüssigkeit, ähnlich wie Sauerrahm. Gießen Sie es nun in einen flachen Glasbehälter mit Seitenwänden, sodass die Schichtdicke mindestens einen Zentimeter beträgt. Platzieren Sie einen Magneten unter dem Boden des Behälters und an dieser Stelle erscheint sofort ein harter Igel in der Flüssigkeit. Es kann mittels Magnet bewegt werden. Wenn Sie einen Magneten an die Flüssigkeitsoberfläche oder von der Seite bringen, springt die Flüssigkeit regelrecht in Richtung des Magneten, seien Sie also vorsichtig. Um dieses Problem zu vermeiden, können Sie die magnetische Flüssigkeit in einen kleinen Erlenmeyerkolben aus Glas geben und diesen zur Hälfte oder etwas weniger füllen. Kippen Sie den Kolben, um eine Flüssigkeitsschicht an der Seite des Kolbens zu bilden, und halten Sie den Magneten nahe an das Glas.

Der Erfolg hängt von der Stärke des Magneten (ein kleiner Neodym-Magnet ist im Handel erhältlich) und der Qualität des Toners ab. Im letzteren Fall müssen Sie darauf achten, dass es Magnetpulver enthält.

Die in Druckerpatronen enthaltenen Toner haben interessante magnetische Eigenschaften, mit denen Sie in Ruhe experimentieren können. Der Effekt, den sie erzeugen, ist sehr interessant, da die Flüssigkeit vom Magneten angezogen wird und darüber hinaus einzelne Elemente bizarre geometrische Formen bilden. Allerdings sind nicht alle Toner zum Wiederholen dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung geeignet. Es werden nur dunkle Toner benötigt, da Farbtoner ohne die Verwendung dunkler magnetischer Partikel hergestellt werden.

Material

Um magnetische Flüssigkeit mit Ihren eigenen Händen herzustellen, benötigen Sie:

• dickes Blatt Papier;
• Schutzhandschuhe;
• Schutzmaske;
• leere Glastasse;
• Plastikaufkleber zum Umrühren;
• Pflanzenöl;
• Löffel;
• ein breiter Plastikbehälter, zum Beispiel ein Teller.

Schritt 1. Öffnen Sie die Kartusche sehr vorsichtig, um den Toner daraus in einen Glasbecher zu gießen. Insgesamt benötigen Sie etwa 50 mm Flüssigkeit. Um zu überprüfen, ob die von Ihnen gewählte Flüssigkeit magnetische Eigenschaften hat, führen Sie einfach einen Magneten an der Glaswand entlang. Wenn es aktiviert ist, kann das Experiment fortgesetzt werden.

Die Tonerflüssigkeit ist nicht gesundheitsschädlich, es sei denn, Sie atmen sie ein oder trinken sie. Deshalb müssen Sie vor dieser Arbeit Schutzhandschuhe und eine Maske tragen. Auf diese Weise verringern Sie die Wahrscheinlichkeit einer Vergiftung, wenn versehentlich Flüssigkeit auf Ihre Hände gelangt.

Schritt 2. Zu der bereits erhaltenen Warenmenge müssen Sie zwei Esslöffel Pflanzenöl hinzufügen. Mischen Sie die Mischung, die Sie erhalten haben, gründlich mit einem Plastikaufkleber. Um das Experiment fortzusetzen, muss es homogen sein.

Schritt 3. Sie müssen die resultierende magnetische Flüssigkeit vorsichtig in einen breiten Behälter gießen. Dies ist genau das, was benötigt wird, um alles zu sehen, was mit der resultierenden magnetischen Flüssigkeit passieren wird.

Bringen Sie einen Magneten von der Unterseite der Platte nach außen an. Achten Sie darauf, was im Behälter passiert. An der Kontaktstelle des Magneten sollte sich die Flüssigkeit in einem voluminösen Höcker in Form eines Igels sammeln. Dies sind die magnetischen Partikel, die Hersteller dem Toner hinzufügen. Sie können kleiner oder größer sein, was wiederum vom Hersteller abhängt.

Schritt 4. Mit dieser Flüssigkeit können Sie ein magnetisches Muster erstellen. Dazu müssen Sie einen Teil der Flüssigkeit auf dickes Papier gießen und einen Magneten an der Rückseite festhalten. Indem Sie es von einer Seite zur anderen bewegen, zeichnen Sie.

Wenn Sie Gegenstände oder Möbel mit Toner beflecken, spülen Sie alles mit kaltem Wasser ab, das sollte Ihnen problemlos gelingen. Auf keinen Fall sollten Sie heißes Wasser verwenden, da es das Pigment fixiert und ein Auswaschen unmöglich macht.

Haben Sie jemals eine magnetische Flüssigkeit gesehen? Es sieht aus wie flüssiges Metall und dehnt sich mit Nadeln aus, wenn man einen Magneten darauf bringt. Hier finden Sie eine Anleitung, wie Sie zu Hause eine ferromagnetische Flüssigkeit mit Ihren eigenen Händen herstellen können.

Die Theorie lautet: Moderne Laserdrucker enthalten das Mineral Magnetit (Fe3O4). Es wird benötigt, damit die Farbpartikel am Papier haften bleiben. Dieses Mineral reagiert auf Magnetfelder und ist daher gut für unser Experiment geeignet.

Schritt 1: Materialien

• Schutzhandschuhe
• Schutzmaske
• Messbecher aus Glas
• Patrone (alt) aus einem Drucker oder Kopierer
• Rührstab
• Kleiner Behälter und ein Stück Papier
• Starker Neodym-Magnet

Schritt 2: Toner sammeln

Gießen Sie den Toner vorsichtig aus der Kartusche in einen Glasbecher. Sie benötigen etwa 50 ml.
Führen Sie einen Magneten über die AUSSENSEITE DES BECHERS, um sicherzustellen, dass der Toner magnetisch ist.

Seien Sie vorsichtig: Der Toner ist relativ sicher, solange Sie ihn nicht einatmen oder trinken, aber er versprüht sehr leicht und verursacht viel Schmutz. Tragen Sie daher Schutzhandschuhe und eine Maske.

Schritt 3: Öl hinzufügen

Fügen Sie zwei Esslöffel Öl hinzu.

Schritt 4: Umrühren

Rühren, bis die Flüssigkeit vollständig homogen ist.

Schritt 5: Magnetreaktion

1. Etwas Flüssigkeit in einen kleinen Behälter füllen.
2. Platzieren Sie einen Magneten unter dem Boden des Behälters
3. Die Flüssigkeit beginnt sich auszudehnen!

Wenn das Ergebnis nicht wie auf dem Foto aussieht, liegt höchstwahrscheinlich ein Problem mit dem Toner vor. Einige Marken enthalten mehr oder weniger magnetische Komponenten. Sie können auch versuchen, etwas mehr Öl hinzuzufügen oder umgekehrt, es zu entfernen. Einige Marken enthalten überhaupt kein Ferrofluid – dann müssen Sie eine andere Patrone finden.

Schritt 6: Magische Tinte

1. Gießen Sie nun etwas Magnetflüssigkeit auf das Papier
2. Bewegen Sie den Magneten unter das Papier
3. Sie erhalten „magnetische Zeichnungen“!

Wenn Sie alles rundherum mit Toner verschmutzen, reinigen Sie es mit einem Staubsauger oder spülen Sie es mit kaltem Wasser ab. Verwenden Sie kein heißes Wasser und reiben Sie nicht mit Toner verschmutzte Stellen ab – dies kann dazu führen, dass der Toner dauerhaft in die Oberfläche eindringt.